CN114095628B - 一种自动对焦方法、自动对焦视觉装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动对焦方法、自动对焦视觉装置及其控制方法，对焦方法包含步骤A1‑A8；自动对焦视觉装置包含支架、第一镜头、第二镜头、移动导轨组件、固定导轨组件、音圈电机，所述音圈电机的输出轴上安装有匹配所述移动导轨组件、所述固定导轨组件的锯齿架，所述支架上设有安装所述第一镜头的第一安装孔、安装所述第二镜头的第二安装孔；自动对焦视觉装置的控制方法包含步骤C1‑C4。

Description

一种自动对焦方法、自动对焦视觉装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及自动对焦的视觉装置领域，具体涉及一种自动对焦方法、自动对焦视觉装置及其控制方法。

背景技术

现有自动对焦相机无法自动精确测量距离，现有自动对焦相机无法对玻璃后面的观察物或者由水面拍摄水下观察物进行多重自动对焦，现有自动对焦相机无法精确对焦，现有相机或者手机相机无法实现立体识别。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有自动对焦相机无法自动精确测量距离，现有自动对焦相机无法对玻璃后面的观察物或者由水面拍摄水下观察物进行多重自动对焦，现有自动对焦相机无法精确对焦，现有相机或者手机相机无法实现立体识别，本发明提供一种自动对焦方法，本发明还提供一种依据自动对焦方法的自动对焦视觉装置，本发明还提供一种自动对焦视觉装置的控制方法，能够通过确认特征的位置，来计算重合比的对焦方式来进行多重对焦，在观察物体上的目标和物体后面的目标时，在对焦区域，可检测到2个对个别特征出现高重合比的数据，同理在观察水下和水面目标，部分窥视情况，多层玻璃上面的目标等，不同于传统的反差对焦和相位对焦，对焦速度高于反差对焦，次于相位对焦；可实现立体识别，由于是2个凸透镜对同一个目标进行拍摄，把二个图像放在一起，通过阴影部分的变化和线条长短的变化，即可确认立体结构的特点；在最大重合度出现后，也即是精确对焦的位置，此时精确距离也能确认，用以解决现有技术导致的缺陷。

为解决上述技术问题本发明提供以下的技术方案：

第一方面，一种自动对焦方法，其中，包含以下步骤：

步骤A1：分别以两个完全一致的第一光电传感器、第二光电传感器的中心为原点，建立两个中心对称的直角坐标系即为直角坐标系XY和直角坐标系XY'；

步骤A2：分别在直角坐标系XY和直角坐标系XY'中以原点为中心建立2m₀*2n₀的两个中心对称的第一网格与第二网格，第一网格与第二网格中的每个格子为一个特征单元；

步骤A3：在第一网格与第二网格中以原点为中心建立2m*2n的两个中心对称的第一对焦区域与第二对焦区域，y=L₁为第一光电传感器公共视野与非公共视野的边界线，y=L₂为第二光电传感器的公共视野与非公共视野的边界线；

步骤A4：采用8位二进制确定第一对焦区域的全部特征种类，记录一组特征数据，特征数据为每个特征单元的红绿绿蓝像素值对应值相等的一类值；

步骤A5：获取第一对焦区域每个特征数据在第一网格和第二网格X轴方向的端点坐标，第一网格的左端点坐标记为x₁，y₁、右端点坐标记为x₂，y₂，第二网格的左端点坐标记为x₃，y₃、右端点坐标记为x₄，y₄，其中x₁≤L₁，x₂≤L₁，x₃≤L₂，x₄≤L₂，ε₂-2μn₀≤y₃≤2μn₀-ε₁，ε₂-2μn₀≤y₄≤2μn₀-ε₁，ε₁为第二光电传感器对应的第二凸透镜运行整个行程时第二光电传感器相对于第一光电传感器Y轴方向向上的综合误差，ε₂为第一光电传感器对应的第二凸透镜运行整个行程时第二光电传感器相对于第一传感器Y轴方向向下的综合误差；

步骤A6：根据x₁、x₂、x₃、x₄分别带入公式1和公式2计算得到α₁、α₂、θ₁、θ₂；

公式1：α_n=arctg【（L*x_n-f*x_n*cotα）/Lf】；

公式2：θ_n=arctg【（L*x_n+2-f*x_n+2*cosα）/Lf】；

其中，α_n和θ_n为端点横坐标与当前物距比值的正切角度，L为第一凸透镜的光心与第二凸透镜的光心之间的间距，f为第一凸透镜与第二凸透镜的焦距，第一凸透镜与第二凸透镜的焦距一致，α为第一凸透镜与第二凸透镜光心连线与第二凸透镜轴线的夹角；

步骤A7：将α₁、α₂、θ₁、θ₂带入公式3得到对焦点角度β；

公式3：

β=arctg{[sin(α₁+α₂)*sin²(α+θ₂)*cos(α₁+α-θ₁)*cos(α₁+α₂)+sin²(α₁+α₂)*sin²(α+θ₂)*sin(α₁+α-θ₁)-sin(α₁+α₂)*sin(θ₁+θ₂)*sin(α+θ₂)*cosα₂]÷[sin(α₁+α₂)*sin(α+θ₂)*cos(α₁+α-θ₁)*cosα₁*cos(α+θ₂-α₂)+sin(α₁+α₂)*sin(α+θ₂)*sin(α₁+α-θ₁)*sinα₁*cos(α+θ₂-α₂)-sin(θ₁+θ₂)*sinα₁*cosα₂*cos(α+θ₂-α₂)]}；

其中，β为该特征的对焦点角度；

步骤A8：根据对焦点角度β调节第二镜头移动到该角度。

上述的一种自动对焦方法，其中，步骤A1中所述直角坐标系XY的X轴标号由左向右依次变小，所述直角坐标系XY'的X轴标号由左向右依次变大；

步骤A2中所述特征单元为1个红像素单元、2个绿像素单元、1个蓝像素单元组成2*2拜耳阵列，每个像素单元X方向的长度记为μ

步骤A3中所述L₁由公式4计算得出，所述L₂由公式5计算得出；

公式4：L₁=(WL²f-WLf²*cosα)/( WL²sinα*cosα- WLf*sinα*cos²α+2L²f* sin²α-WLf* cos²α+ Wf²* cos³α-2Lf²* sinα*cosα)；

公式5：L₂=(WL²f sin²α-WLf²* sinα*cosα)/( WL²sinα*cosα- WLf *cos²α+2L²f* sin²α- WLf* sinα* cos²α+ Wf²* cos³α-2Lf²* sin²α*cosα)；

其中，W为第一网格和第二网格X方向的宽度值，f为第一凸透镜与第二凸透镜的焦距，第一凸透镜与第二凸透镜的焦距一致。

上述的一种自动对焦方法，其中，还包含对焦区域内对对焦结果进行重合比校验，具体步骤如下：

步骤B1：选取第一对焦区域内任一个特征的特征数据减去第二对焦区域内相同位置的特征数据，得到特征数据之差；

步骤B2：当特征数据之差约为0的数量达到该特征在第一对焦区域内数量的60%-100%时候，则确认该对焦点对该特征完成对焦；

步骤B3：当特征数据之差约为0的数量未达到该特征在第一对焦区域内数量的60%-100%时，则第二凸透镜顺序运行，直到该特征数据之差为0的数量达到该特征在第一对焦区域内数量的60%-100%时候，完成对焦。

第二方面，一种依据自动对焦方法的自动对焦视觉装置，其中，包含支架、第一镜头、第二镜头、移动导轨组件、固定导轨组件、音圈电机，所述音圈电机的输出轴上安装有匹配所述移动导轨组件、所述固定导轨组件的锯齿架，所述支架上设有安装所述第一镜头的第一安装孔、安装所述第二镜头的第二安装孔；

所述移动导轨组件包含安装轴架、移动导轨，所述固定导轨组件包含连接轴、固定导轨、固定轴，所述安装轴架呈U型且两端分别连接于所述第一镜头的上下两侧后连接于所述支架的所述第一安装孔内，所述第一镜头背离于所述第一安装孔的一端设有放置所述移动导轨的第一凹槽，所述第一凹槽内安装有第一滑杆，所述移动导轨上开设有匹配所述第一滑杆的第一滑槽，所述移动导轨的一端连接于所述安装轴架、另一端设有匹配连接于所述锯齿架的锯齿槽；

所述第二镜头通过所述连接轴安装在所述支架的所述第二安装孔内，所述第二镜头背离于所述第二安装孔的一端设有放置所述固定导轨的第二凹槽，所述第二凹槽内安装有第二滑杆，所述固定导轨上开设有匹配所述第二滑杆的第二滑槽，所述固定轴的两端分别连接于所述固定导轨与所述支架，所述第二镜头的一端设有匹配连接所述锯齿架的锯齿导轨；

所述音圈电机外接或内置有控制连接所述音圈电机并存储有第一方面所述自动对焦方法的控制器，所述控制器通过有线或无线分别连接于所述第一镜头、所述第二镜头进行数据交互与控制。

上述的一种依据自动对焦方法的自动对焦视觉装置，其中，所述支架包含底板与立板，所述第一安装孔、所述第二安装孔均开设于所述立板上，所述固定轴的一端连接于所述底板；

所述锯齿架为两端分别与所述锯齿槽、所述锯齿导轨匹配连接的工型锯齿架；

所述锯齿槽与所述锯齿导轨均为弧形设置。

上述的一种依据自动对焦方法的自动对焦视觉装置，其中，所述第一镜头内设置有第一凸透镜、第一导柱，所述第一滑杆安装于所述第一导柱上，所述第一凸透镜安装于所述第一镜头的前端面，所述第一导柱面向所述第一凸透镜的一端安装有第一光电传感器；

所述第二镜头内设置有第二凸透镜、第二导柱，所述第二滑杆安装于所述第二导柱上，所述第二凸透镜安装于所述第二镜头的前端面，所述第二导柱面向所述第二凸透镜的一端安装有第二光电传感器；

所述第一光电传感器、所述第二光电传感器与所述控制器连接进行数据传输。

上述的一种依据自动对焦方法的自动对焦视觉装置，其中，所述第一光电传感器上安装有第一滤镜，所述第二光电传感器上安装有第二滤镜。

第三方面，一种自动对焦视觉装置的控制方法，其中，包含以下步骤：

步骤C1：音圈电机驱动锯齿架带动移动导轨移动，移动导轨上的第一滑槽约束第一滑杆使得第一导柱带动第一光电传感器移动，同时音圈电机驱动锯齿架带动锯齿导轨移动，第二滑杆在第二滑槽的约束下带动第二导柱上的第二光电传感器移动；

步骤C2：实时获取第一光电传感器与第二光电传感器的检测数据并传输至控制器；

步骤C3：控制器计算检测数据得到包含音圈电机驱动数据的控制数据；

步骤C4：控制器通过控制数据控制音圈电机进行对焦。

上述的一种自动对焦的视觉装置的控制方法，其中，所述移动导轨上的所述第一滑槽形状的确认公式如下：

X₁=【Z₁+L*f/(L-f*cotα)】cosα；

Y₁=【Z₁+L*f/(L-f*cotα)】sinα；

其中，A为第一凸透镜的光心在平面坐标系XY中的坐标点，A为圆心，Z₁为任意长度值， L为第一凸透镜光心与第二凸透镜光心之间的距离，f为第一凸透镜、第二凸透镜的焦距，α为第二凸透镜的轴线与第一凸透镜和第二凸透镜之间连线的夹角，α取值为45°≤α≤90°，当α取45°≤α≤90°中任意值带入上述公式时得到相匹配的X₁、Y₁；

所述固定导轨上的所述第二滑槽形状的确认公式如下：

X₂=【Z₂+L*f/(L-f*cosα)】cosα；

Y₂=【Z₂+L*f/(L-f*cosα)】sinα；

其中，B为第二凸透镜的光心在平面坐标系XY中的坐标点，Z₂为任意长度值，L为第一凸透镜光心与第二凸透镜光心之间的距离，f为第一凸透镜、第二凸透镜的焦距，α为第二凸透镜的轴线与第一凸透镜和第二凸透镜之间连线的夹角，α取值为45°≤α≤90°，当α取45°≤α≤90°中任意值带入上述公式时得到相匹配的X₂、Y₂。

第四方面，一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现第三方面中任一项所述的方法的步骤。

依据上述本发明一种自动对焦方法、自动对焦视觉装置及其控制方法提供的技术方案具有以下技术效果：

通过确认特征的位置，来计算重合比的对焦方式来进行多重对焦，在观察物体上的目标和物体后面的目标时，在对焦区域，可检测到2个对个别特征出现高重合比的数据，同理在观察水下和水面目标，部分窥视情况，多层玻璃上面的目标等，不同于传统的反差对焦和相位对焦，对焦速度高于反差对焦，次于相位对焦；可实现立体识别，由于是2个凸透镜对同一个目标进行拍摄，把二个图像放在一起，通过阴影部分的变化和线条长短的变化，即可确认立体结构的特点；在最大重合度出现后，也即是精确对焦的位置，此时精确距离也能确认。

附图说明

图1为本发明一种自动对焦方法中直角坐标系XY的示意图；

图2为本发明一种自动对焦方法中直角坐标系XY’的示意图；

图3为对某个特征对焦计算的关系图

图4本发明一种依据自动对焦方法的自动对焦视觉装置的结构示意图；

图5为本发明一种依据自动对焦方法的自动对焦视觉装置中第一镜头的内部结构示意图；

图6为本发明一种依据自动对焦方法的自动对焦视觉装置中第二镜头的内部结构示意图；

图7为本发明一种自动对焦视觉装置的控制方法的流程图；

图8为本发明一种自动对焦视觉装置的滑槽位置关系图。

其中，附图标记如下：

支架101、第一镜头102、第二镜头103、安装轴架104、移动导轨105、连接轴106、固定导轨107、固定轴108、音圈电机109、锯齿架110、第一安装孔111、第二安装孔112、第一凹槽113、第一滑槽114、锯齿槽115、第二凹槽116、第二滑槽117、锯齿导轨118、第一滑杆201、第一凸透镜202、第一导柱203、第一光电传感器204、第二滑杆301、第二凸透镜302、第二导柱303、第二光电传感器304。

具体实施方式

为了使发明实现的技术手段、创造特征、达成目的和功效易于明白了解，下结合具体图示，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本发明的第一实施例是提供一种自动对焦方法，目的是通过确认特征的位置，来计算重合比的对焦方式来进行多重对焦，在观察物体上的目标和物体后面的目标时，在对焦区域，可检测到2个对个别特征出现高重合比的数据，同理在观察水下和水面目标，部分窥视情况，多层玻璃上面的目标等，不同于传统的反差对焦和相位对焦，对焦速度高于反差对焦，次于相位对焦；可实现立体识别，由于是2个凸透镜对同一个目标进行拍摄，把二个图像放在一起，通过阴影部分的变化和线条长短的变化，即可确认立体结构的特点；在最大重合度出现后，也即是精确对焦的位置，此时精确距离也能确认。

如图1-2所示，第一方面，第一实施例，一种自动对焦方法，其中，包含以下步骤：

步骤A1：分别以两个完全一致的第一光电传感器204、第二光电传感器304的中心为原点，建立两个中心对称的直角坐标系即为直角坐标系XY和直角坐标系XY'；

步骤A2：分别在直角坐标系XY和直角坐标系XY'中以原点为中心建立2m₀*2n₀的两个中心对称的第一网格与第二网格，第一网格与第二网格中的每个格子为一个特征单元；

步骤A3：在第一网格与第二网格中以原点为中心建立2m*2n的两个中心对称的第一对焦区域与第二对焦区域，y=L₁为第一光电传感器204公共视野与非公共视野的边界线，y=L₂为第二光电传感器304的公共视野与非公共视野的边界线；

步骤A4：采用8位二进制确定第一对焦区域的全部特征种类，记录一组特征数据，特征数据为每个特征单元的红绿绿蓝像素值对应值相等的一类值；

步骤A5：获取第一对焦区域每个特征数据在第一网格和第二网格X轴方向的端点坐标，第一网格的左端点坐标记为x₁，y₁、右端点坐标记为x₂，y₂，第二网格的左端点坐标记为x₃，y₃、右端点坐标记为x₄，y₄，其中x₁≤L₁，x₂≤L₁，x₃≤L₂，x₄≤L₂，ε₂-2μn₀≤y₃≤2μn₀-ε₁，ε₂-2μn₀≤y₄≤2μn₀-ε₁，ε₁为第二光电传感器304对应的第二凸透镜302运行整个行程时第二光电传感器304相对于第一光电传感器204Y轴方向向上的综合误差，ε₂为第一光电传感器204对应的第二凸透镜302运行整个行程时第二光电传感器304相对于第一传感器Y轴方向向下的综合误差；

步骤A6：根据x₁、x₂、x₃、x₄分别带入公式1和公式2计算得到α₁、α₂、θ₁、θ₂；

公式1：α_n=arctg【（L*x_n-f*x_n*cotα）/Lf】；

公式2：θ_n=arctg【（L*x_n+2-f*x_n+2*cosα）/Lf】；

其中，α_n和θ_n为端点横坐标与当前物距比值的正切角度，L为第一凸透镜202的光心与第二凸透镜302的光心之间的间距，f为第一凸透镜202与第二凸透镜302的焦距，第一凸透镜202与第二凸透镜302的焦距一致，α为第一凸透镜202与第二凸透镜302光心连线与第二凸透镜302轴线的夹角；

步骤A7：将α₁、α₂、θ₁、θ₂带入公式3得到对焦点角度β；

公式3：

β=arctg{[sin(α₁+α₂)*sin²(α+θ₂)*cos(α₁+α-θ₁)*cos(α₁+α₂)+sin²(α₁+α₂)*sin²(α+θ₂)*sin(α₁+α-θ₁)-sin(α₁+α₂)*sin(θ₁+θ₂)*sin(α+θ₂)*cosα₂]÷[sin(α₁+α₂)*sin(α+θ₂)*cos(α₁+α-θ₁)*cosα₁*cos(α+θ₂-α₂)+sin(α₁+α₂)*sin(α+θ₂)*sin(α₁+α-θ₁)*sinα₁*cos(α+θ₂-α₂)-sin(θ₁+θ₂)*sinα₁*cosα₂*cos(α+θ₂-α₂)]}；

其中，β为该特征的对焦点角度；

步骤A8：根据对焦点角度β调节第二镜头103移动到该角度。

上述的一种自动对焦方法，其中，步骤A1中所述直角坐标系XY的X轴标号由左向右依次变小，所述直角坐标系XY'的X轴标号由左向右依次变大；

步骤A2中所述特征单元为1个红像素单元、2个绿像素单元、1个蓝像素单元组成2*2拜耳阵列，每个像素单元X方向的长度记为μ

步骤A3中所述L₁由公式4计算得出，所述L₂由公式5计算得出；

公式4：L₁=(WL²f-WLf²*cosα)/( WL²sinα*cosα- WLf*sinα*cos²α+2L²f* sin²α-WLf* cos²α+ Wf²* cos³α-2Lf²* sinα*cosα)；

公式5：L₂=(WL²f sin²α-WLf²* sinα*cosα)/( WL²sinα*cosα- WLf *cos²α+2L²f* sin²α- WLf* sinα* cos²α+ Wf²* cos³α-2Lf²* sin²α*cosα)；

其中，W为第一网格和第二网格X方向的宽度值，f为第一凸透镜202与第二凸透镜302的焦距，第一凸透镜202与第二凸透镜302的焦距一致。

上述的一种自动对焦方法，其中，还包含对焦区域内对对焦结果进行重合比校验，具体步骤如下：

步骤B1：选取第一对焦区域内任一个特征的特征数据减去第二对焦区域内相同位置的特征数据，得到特征数据之差；

步骤B2：当特征数据之差约为0的数量达到该特征在第一对焦区域内数量的60%-100%时候，则确认该对焦点对该特征完成对焦；

步骤B3：当特征数据之差约为0的数量未达到该特征在第一对焦区域内数量的60%-100%时，则第二凸透镜302顺序运行，直到该特征数据之差为0的数量达到该特征在第一对焦区域内数量的60%-100%时候，完成对焦。

如图3所示，A为第一凸透镜202的光心，B为第二凸透镜302的光心，2个凸透镜的轴线相交于C点，末端为2个相同尺寸的光电传感器，且光电传感器中心相交并垂直于凸透镜轴线，K₁K₂和J₁J₂为光电传感器在α角度的受光线，C点为K₁K₂和J₁J₂的中点，H₁和H₃为其中一个特征数据投影到受光线的2个端点，H₂为需要通过计算寻找的该特征数据的对焦点，β为需要寻找的对焦角度，BJ₃和AK₃为定义的重合视野和非重合视野的分界线，L₁和L₂为分界线在光电传感器的交点，对应的角度为θ₃和α₃；α₄和θ₄为最大受光角，α₁和α₂为H₁和H₃在A点凸透镜的受光角，θ₁和θ₂为H₁和H₃在B点凸透镜的受光角，H₁和H₃在A点凸透镜的落点为X₁和X₂，H₁和H₃在B点凸透镜的落点为X₃和X₄；α₁、α₂、θ₁、θ₂、α₃、θ₃值的确认方法如下：光电传感器的横向长度为W，V₁为A点凸透镜的相距，V₂为B点凸透镜的相距，焦距是f，AB=L；V₁=L*f/（L-f*cotα）；V₂=L*f/（L-f*cosα）；CA=L*tgα，CB=L/cosα；tgα₄=0.5W/V₁=CK₁/(L*tgα)（1）；tgθ₄=0.5W/V₂=CJ₂/(L/cosα)（2）；∠J₁CK₁=∠J₅CK₅=90°-α；∠CK₁A=90°-α₄，∠CJ₁B=90°-θ₄；∠K₁J₃C=α+α₄，∠J₂K₃C=α+θ₄；在ΔK₁J₃C和ΔJ₂K₃C内，有正弦定理；CJ₃/(sin90°-α₄)=CK₁/sin(α₄+α)（3）；CK₃/(sin90°-θ₄)=CJ₂/sin(θ₄+α) （4）；CJ₃/CB=L₂/V₂（5）；CK₃/CA=L₁/V₁（6）；由（1）、（2）得CK₁，CJ₂，带入（3）、（4）、（5）、（6）；L₁=(WL²f-WLf²*cosα)/(WL²sinα*cosα-WLfsinα*cos²α+2L²fsin²α-WLf*cos²α+Wf²*cos³α-2Lf²sinα*cosα)；L₂=(WL²fsin²α-WLf²sinα*cosα)/(WL²sinα*cosα-WLfcos²α+2L²fsin²α-WLfsinα*cos²α+Wf²*cos³α-2Lf²sin²α*cosα)；α₁=arctg(CX₁/CA)=arctg【CX₁/（L*tgα）】；α₂=arctg(CX₂/CA)=arctg【CX₂/（L*tgα）】；θ₁=arctg(CX₃/CB)=arctg(CX₃*cosα/L)；θ₂=arctg(CX₄/CB)=arctg(CX₄*cosα/L)；β的值的确认方法如下：在ΔABH₃内，∠ABH₃=α+θ₂，∠H₃AB=90°-α₂；

则∠AH₃B=180°-90°+α₂-α-θ₂=90°+α₂-α-θ₂；根据正弦定理有AB/sin（90°+α₂-α-θ₂）=AH₃/sin(α+θ₂)，由于AB=L；故AH₃=L*sin(α+θ₂)/sin（90°+α₂-α-θ₂）（7）；BH₃=L*sin(90°-α₂)/sin（90°+α₂-α-θ₂）（8）；在ΔH₁H₃A内，根据正弦定理有如下公式：A H₁/sin∠H₁H₃A=A H₃/sin∠H₃H₁A= H₁H₃/ sin(α₁+α₂)（9）；在ΔB H₁H₃内，根据正弦定理有如下公式：H₁H₃/ sin（θ₁+θ₂）=B H₃/ sin∠B H₁H₃（10）；在ΔH₁H₂A内，根据正弦定理有如下公式：H₁A/ sin(∠H₁H₃A+α₂)=AH₂/ sin∠H₂H₁A（11）；∠H₂H₁A =∠B H₁H₃+∠A H₁B=∠B H₁H₃+180°-90°-α₁-α+θ₁；

得∠B H₁H₃=∠H₂H₁A -90°+α₁+α-θ₁（12）；在ΔH₁H₂A内，∠H₁H₃A=180°-∠H₂H₁A-α₁-α₂（13）；（11）除以（9）得：sin∠H₁H₃A/ sin(∠H₁H₃A+α₂)=A H₂/A H₃（14）；（11）除以（9）得：

sin(α₁+α₂)/ sin（θ₁+θ₂）=（B H₃/A H₃）*（sin∠H₃H₁A/ sin∠B H₁H₃）（15）；将（7）、（8）、（12）、（13）带入（14）、（15）并求解（14）、（15）组成的方程式，可解得：β=arctg{[sin(α₁+α₂)*sin²(α+θ₂)*cos(α₁+α-θ₁)*cos(α₁+α₂)+sin²(α₁+α₂)*sin²(α+θ₂)*sin(α₁+α-θ₁)-sin(α₁+α₂)*sin(θ₁+θ₂)*sin(α+θ₂)*cosα₂]÷[sin(α₁+α₂)*sin(α+θ₂)*cos(α₁+α-θ₁)*cosα₁*cos(α+θ₂-α₂)+sin(α₁+α₂)*sin(α+θ₂)*sin(α₁+α-θ₁)*sinα₁*cos(α+θ₂-α₂)-sin(θ₁+θ₂)*sinα₁*cosα₂*cos(α+θ₂-α₂)]}。

如图4所示，第二方面，第二实施例，一种自动对焦的视觉装置，其中，包含支架101、第一镜头102、第二镜头103、移动导轨105组件、固定导轨107组件、音圈电机109，音圈电机109的驱动程序为传统手机音圈电机109的驱动程序，在很窄的电流范围内，分辨率越高越好，音圈电机109的输出轴上安装有匹配移动导轨105组件、固定导轨107组件的锯齿架110，支架101上设有安装第一镜头102的第一安装孔111、安装第二镜头103的第二安装孔112；

如图5所示，移动导轨105组件包含安装轴架104、移动导轨105，固定导轨107组件包含连接轴106、固定导轨107、固定轴108，安装轴架104呈U型且两端分别连接于第一镜头102的上下两侧后连接于支架101的第一安装孔111内，第一镜头102背离于第一安装孔111的一端设有放置移动导轨105的第一凹槽113，第一凹槽113内安装有第一滑杆201，移动导轨105上开设有匹配第一滑杆201的第一滑槽114，移动导轨105的一端连接于安装轴架104、另一端设有匹配连接于锯齿架110的锯齿槽115；

如图6所示，第二镜头103通过连接轴106安装在支架101的第二安装孔112内，第二镜头103背离于第二安装孔112的一端设有放置固定导轨107的第二凹槽116，第二凹槽116内安装有第二滑杆301，固定导轨107上开设有匹配第二滑杆301的第二滑槽117，固定轴108的两端分别连接于固定导轨107与支架101，第二镜头103的一端设有匹配连接锯齿架110的锯齿导轨118，锯齿槽115的齿轮与锯齿导轨118的齿轮形状、大小完全相同，锯齿槽115的齿轮圆心为第一凸透镜202的光心，锯齿导轨118的齿轮圆心为第二凸透镜302的光心；

音圈电机109外接或内置有控制连接音圈电机109并存储有第一方面自动对焦方法的控制器，控制器通过有线或无线分别连接于第一镜头102、第二镜头103进行数据交互与控制。

上述的一种自动对焦的视觉装置，其中，支架101包含底板与立板，第一安装孔111、第二安装孔112均开设于立板上，固定轴108的一端连接于底板；

锯齿架110为两端分别与锯齿槽115、锯齿导轨118匹配连接的工型锯齿架110；

锯齿槽115与锯齿导轨118均为弧形设置。

如图4-5所示，上述的一种自动对焦的视觉装置，其中，第一镜头102内设置有第一凸透镜202、第一导柱203，第一滑杆201安装于第一导柱203上，第一凸透镜202安装于第一镜头102的前端面，第一导柱203面向第一凸透镜202的一端安装有第一光电传感器204；

第二镜头103内设置有第二凸透镜302、第二导柱303，第二滑杆301安装于第二导柱303上，第二凸透镜302安装于第二镜头103的前端面，第二导柱303面向第二凸透镜302的一端安装有第二光电传感器304；

第一光电传感器204、第二光电传感器304与控制器连接进行数据传输。

上述的一种自动对焦的视觉装置，其中，第一光电传感器204上安装有第一滤镜，第二光电传感器304上安装有第二滤镜。

如图7所示，第三方面，第三实施例，一种自动对焦视觉装置的控制方法，其中，包含以下步骤：

步骤C1：音圈电机109驱动锯齿架110带动移动导轨105移动，移动导轨105上的第一滑槽114约束第一滑杆201使得第一导柱203带动第一光电传感器204移动，同时音圈电机109驱动锯齿架110带动锯齿导轨118移动，第二滑杆301在第二滑槽117的约束下带动第二导柱303上的第二光电传感器304移动；

步骤C2：实时获取第一光电传感器204与第二光电传感器304的检测数据并传输至控制器；

步骤C3：控制器计算检测数据得到包含音圈电机109驱动数据的控制数据；

步骤C4：控制器通过控制数据控制音圈电机109进行对焦。

上述的一种自动对焦视觉装置的控制方法，其中，移动导轨105上的第一滑槽114形状的确认公式如下：

X₁=【Z₁+L*f/(L-f*cotα)】cosα；

Y₁=【Z₁+L*f/(L-f*cotα)】sinα；

其中，A为第一凸透镜202的光心在平面坐标系XY中的坐标点，A为圆心，Z₁为任意长度值， L为第一凸透镜202光心与第二凸透镜302光心之间的距离，f为第一凸透镜202、第二凸透镜302的焦距，α为第二凸透镜302的轴线与第一凸透镜202和第二凸透镜302之间连线的夹角，α取值为45°≤α≤90°，当α取45°≤α≤90°中任意值带入上述公式时得到相匹配的X₁、Y₁；

固定导轨107上的第二滑槽117形状的确认公式如下：

X₂=【Z₂+L*f/(L-f*cosα)】cosα；

Y₂=【Z₂+L*f/(L-f*cosα)】sinα；

其中，B为第二凸透镜302的光心在平面坐标系XY中的坐标点，Z₂为任意长度值， L为第一凸透镜202光心与第二凸透镜302光心之间的距离，f为第一凸透镜202、第二凸透镜302的焦距，α为第二凸透镜302的轴线与第一凸透镜202和第二凸透镜302之间连线的夹角，α取值为45°≤α≤90°，当α取45°≤α≤90°中任意值带入上述公式时得到相匹配的X2、Y2；

其中，L*f/(L-f*cotα)为第一凸透镜202像距V_A与角度α的协同关系式，

L*f/(L-f*cosα)为第二凸透镜302像距V_B与角度α的协同关系式；

如图8所示，在XY”坐标系内，A点（第一凸透镜202光心）为坐标系圆心，B点（第二凸透镜302光心）为X轴线上的一点，位于A点的第一凸透镜202轴线与位于B点的第二凸透镜302轴线相交于C点，Y轴为第一凸透镜202的轴线，AC为Y轴线上一部分，AB为第一凸透镜202光心到第二凸透镜302中心的距离，记为L，BC在位于B点的凸透镜的轴线上；AB与位于B点的第二凸透镜302轴线的夹角为α；物距U，像距V，第一凸透镜202、第二凸透镜302的焦距均为f，已知1/u+1/v=1/f；

现以AC为位于A点凸透镜的物距，以BC为位于B点凸透镜的物距，得到VA=L*f/(L-f*cotα), VB=L*f/(L-f*cosα)；

初始角度α₀的取值要求：

位于A点的光电传感器支架101的运行轨迹，也就是在直角坐标系XY内，函数关系式X²+Y²=【Z₁+L*f/L-f*cotα】²，该曲线的斜率与音圈电机109极高的加速度之间的配合会产生很高的阻力，该阻力严重影响***的协同运行，这里从二方面来改进这种缺陷：

1、当L 远大于f时，α=arccotL/f会无限靠近α=0°，曲线V_A=L*f/（L-f* cotα）后段斜率变化越平缓，这样根据需要L的长度尽可能大于f的值；

2、当α₀的值为45°时，45°≤α≤90°范围内运行时的离心增量为1mm左右；当α₀的值为60°时，在60°≤α≤90°范围内运行时，离心增量为0.6mm左右；为了减小离心率，α₀的取值可以取很高，理想取值为大于等于60°；当α₀的取值很大的时候，以A点为参照物，意味着L*thα这段距离无法实现对焦，但是这段距离很小，不会影响使用；另一方面，当α₀的取值很大的时候，A点齿轮伸出部分也很小，即使α₀=45°时，伸出部分最多，考虑光电传感器的尺寸一般在5mm*4mm左右，手机用相机实际焦距3mm左右，完全不会遮挡A点凸透镜视野，位于B点的凸透镜由于是随着齿轮一起转动的，也不会遮挡视野。

第四方面，一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现第三方面中任一项所述的方法的步骤。

综上，本发明的一种自动对焦方法、自动对焦视觉装置及其控制方法，能够通过确认特征的位置，来计算重合比的对焦方式来进行多重对焦，在观察物体上的目标和物体后面的目标时，在对焦区域，可检测到2个对个别特征出现高重合比的数据，同理在观察水下和水面目标，部分窥视情况，多层玻璃上面的目标等，不同于传统的反差对焦和相位对焦，对焦速度高于反差对焦，次于相位对焦；可实现立体识别，由于是2个凸透镜对同一个目标进行拍摄，把二个图像放在一起，通过阴影部分的变化和线条长短的变化，即可确认立体结构的特点；在最大重合度出现后，也即是精确对焦的位置，此时精确距离也能确认。

以上对发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改做出若干简单推演、变形或替换，这并不影响发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种自动对焦方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤A1：分别以两个完全一致的第一光电传感器、第二光电传感器的中心为原点，建立两个中心对称的直角坐标系即为直角坐标系XY和直角坐标系XY'；

步骤A2：分别在直角坐标系XY和直角坐标系XY'中以原点为中心建立2m₀*2n₀的两个中心对称的第一网格与第二网格，第一网格与第二网格中的每个格子为一个特征单元；

步骤A3：在第一网格与第二网格中以原点为中心建立2m*2n的两个中心对称的第一对焦区域与第二对焦区域，y=L₁为第一光电传感器公共视野与非公共视野的边界线，y=L₂为第二光电传感器的公共视野与非公共视野的边界线；

步骤A4：采用8位二进制确定第一对焦区域的全部特征种类，记录一组特征数据；

步骤A5：获取第一对焦区域每个特征数据在第一网格和第二网格X轴方向的端点坐标，第一网格的左端点坐标记为x₁，y₁、右端点坐标记为x₂，y₂，第二网格的左端点坐标记为x₃，y₃、右端点坐标记为x₄，y₄，其中x₁≤L₁，x₂≤L₁，x₃≤L₂，x₄≤L₂，ε₂-2μn₀≤y₃≤2μn₀-ε₁，ε₂-2μn₀≤y₄≤2μn₀-ε₁，ε₁为第二光电传感器对应的第二凸透镜运行整个行程时第二光电传感器相对于第一光电传感器Y轴方向向上的综合误差，ε₂为第一光电传感器对应的第二凸透镜运行整个行程时第二光电传感器相对于第一传感器Y轴方向向下的综合误差；

步骤A6：根据x₁、x₂、x₃、x₄分别带入公式1和公式2计算得到α₁、α₂、θ₁、θ₂；

公式1：α_n=arctg【（L*x_n-f*x_n*cotα）/Lf】；

公式2：θ_n=arctg【（L*x_n+2-f*x_n+2*cosα）/Lf】；

其中，α_n和θ_n为端点横坐标与当前物距比值的正切角度，L为第一凸透镜的光心与第二凸透镜的光心之间的间距，f为第一凸透镜与第二凸透镜的焦距，第一凸透镜与第二凸透镜的焦距一致，α为第一凸透镜与第二凸透镜光心连线与第二凸透镜轴线的夹角；

步骤A7：将α₁、α₂、θ₁、θ₂带入公式3得到对焦点角度β；

公式3：

β=arctg{[sin(α₁+α₂)*sin²(α+θ₂)*cos(α₁+α-θ₁)*cos(α₁+α₂)+sin²(α₁+α₂)*sin²(α+θ₂)*sin(α₁+α-θ₁)-sin(α₁+α₂)*sin(θ₁+θ₂)*sin(α+θ₂)*cosα₂]÷[sin(α₁+α₂)*sin(α+θ₂)*cos(α₁+α-θ₁)*cosα₁*cos(α+θ₂-α₂)+sin(α₁+α₂)*sin(α+θ₂)*sin(α₁+α-θ₁)*sinα₁*cos(α+θ₂-α₂)-sin(θ₁+θ₂)*sinα₁*cosα₂*cos(α+θ₂-α₂)]}；

其中，β为该特征的对焦点角度；

步骤A8：根据对焦点角度β调节第二镜头移动到该角度。

2.如权利要求1所述的一种自动对焦方法，其特征在于，步骤A1中所述直角坐标系XY的X轴标号由左向右依次变小，所述直角坐标系XY'的X轴标号由左向右依次变大；

步骤A2中所述特征单元为1个红像素单元、2个绿像素单元、1个蓝像素单元组成2*2拜耳阵列，每个像素单元X方向的长度记为μ

步骤A3中所述L₁由公式4计算得出，所述L₂由公式5计算得出；

公式4：L₁=(WL²f-WLf²*cosα)/( WL²sinα*cosα- WLf*sinα*cos²α+2L²f* sin²α- WLf*cos²α+ Wf²* cos³α-2Lf²* sinα*cosα)；

公式5：L₂=(WL²f sin²α-WLf²* sinα*cosα)/( WL²sinα*cosα- WLf *cos²α+2L²f* sin²α- WLf* sinα* cos²α+ Wf²* cos³α-2Lf²* sin²α*cosα)；

其中，W为第一网格和第二网格X方向的宽度值，f为第一凸透镜与第二凸透镜的焦距，第一凸透镜与第二凸透镜的焦距一致。

3.如权利要求1或2所述的一种自动对焦方法，其特征在于，还包含对焦区域内对对焦结果进行重合比校验，具体步骤如下：

步骤B1：选取第一对焦区域内任一个特征的特征数据减去第二对焦区域内相同位置的特征数据，得到特征数据之差；

步骤B2：当特征数据之差约为0的数量达到该特征在第一对焦区域内数量的60%-100%时候，则确认该对焦点对该特征完成对焦；

步骤B3：当特征数据之差约为0的数量未达到该特征在第一对焦区域内数量的60%-100%时，则第二凸透镜顺序运行，直到该特征数据之差为0的数量达到该特征在第一对焦区域内数量的60%-100%时候，完成对焦。

4.一种依据自动对焦方法的自动对焦视觉装置，其特征在于，包含支架、第一镜头、第二镜头、移动导轨组件、固定导轨组件、音圈电机，所述音圈电机的输出轴上安装有匹配所述移动导轨组件、所述固定导轨组件的锯齿架，所述支架上设有安装所述第一镜头的第一安装孔、安装所述第二镜头的第二安装孔；

所述移动导轨组件包含安装轴架、移动导轨，所述固定导轨组件包含连接轴、固定导轨、固定轴，所述安装轴架呈U型且两端分别连接于所述第一镜头的上下两侧后连接于所述支架的所述第一安装孔内，所述第一镜头背离于所述第一安装孔的一端设有放置所述移动导轨的第一凹槽，所述第一凹槽内安装有第一滑杆，所述移动导轨上开设有匹配所述第一滑杆的第一滑槽，所述移动导轨的一端连接于所述安装轴架、另一端设有匹配连接于所述锯齿架的锯齿槽；

所述第二镜头通过所述连接轴安装在所述支架的所述第二安装孔内，所述第二镜头背离于所述第二安装孔的一端设有放置所述固定导轨的第二凹槽，所述第二凹槽内安装有第二滑杆，所述固定导轨上开设有匹配所述第二滑杆的第二滑槽，所述固定轴的两端分别连接于所述固定导轨与所述支架，所述第二镜头的一端设有匹配连接所述锯齿架的锯齿导轨；

所述音圈电机外接或内置有控制连接所述音圈电机并存储有权利要求1-3任一项所述自动对焦方法的控制器，所述控制器通过有线或无线分别连接于所述第一镜头、所述第二镜头进行数据交互与控制。

5.如权利要求4所述的一种依据自动对焦方法的自动对焦视觉装置，其特征在于，所述支架包含底板与立板，所述第一安装孔、所述第二安装孔均开设于所述立板上，所述固定轴的一端连接于所述底板；

所述锯齿架为两端分别与所述锯齿槽、所述锯齿导轨匹配连接的工型锯齿架；

所述锯齿槽与所述锯齿导轨均为弧形设置。

6.如权利要求5所述的一种依据自动对焦方法的自动对焦视觉装置，其特征在于，所述第一镜头内设置有第一凸透镜、第一导柱，所述第一滑杆安装于所述第一导柱上，所述第一凸透镜安装于所述第一镜头的前端面，所述第一导柱面向所述第一凸透镜的一端安装有第一光电传感器；

所述第二镜头内设置有第二凸透镜、第二导柱，所述第二滑杆安装于所述第二导柱上，所述第二凸透镜安装于所述第二镜头的前端面，所述第二导柱面向所述第二凸透镜的一端安装有第二光电传感器；

所述第一光电传感器、所述第二光电传感器与所述控制器连接进行数据传输。

7.如权利要求6所述的一种依据自动对焦方法的自动对焦视觉装置，其特征在于，所述第一光电传感器上安装有第一滤镜，所述第二光电传感器上安装有第二滤镜。

8.一种适用于权利要求4-7任一项所述自动对焦视觉装置的控制方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤C1：音圈电机驱动锯齿架带动移动导轨移动，移动导轨上的第一滑槽约束第一滑杆使得第一导柱带动第一光电传感器移动，同时音圈电机驱动锯齿架带动锯齿导轨移动，第二滑杆在第二滑槽的约束下带动第二导柱上的第二光电传感器移动；

步骤C2：实时获取第一光电传感器与第二光电传感器的检测数据并传输至控制器；

步骤C3：控制器计算检测数据得到包含音圈电机驱动数据的控制数据；

步骤C4：控制器通过控制数据控制音圈电机进行对焦。

9.如权利要求8所述的一种自动对焦视觉装置的控制方法，其特征在于，所述移动导轨上的所述第一滑槽形状的确认公式如下：

X₁=【Z₁+L*f/(L-f*cotα)】cosα；

Y₁=【Z₁+L*f/(L-f*cotα)】sinα；

其中，A为第一凸透镜的光心在平面坐标系XY中的坐标点，A为圆心，Z₁为任意长度值， L为第一凸透镜光心与第二凸透镜光心之间的距离，f为第一凸透镜、第二凸透镜的焦距，α为第二凸透镜的轴线与第一凸透镜和第二凸透镜之间连线的夹角，α取值为45°≤α≤90°，当α取45°≤α≤90°中任意值带入上述公式时得到相匹配的X₁、Y₁；

所述固定导轨上的所述第二滑槽形状的确认公式如下：

X₂=【Z₂+L*f/(L-f*cosα)】cosα；

Y₂=【Z₂+L*f/(L-f*cosα)】sinα；

其中，B为第二凸透镜的光心在平面坐标系XY中的坐标点，Z₂为任意长度值，L为第一凸透镜光心与第二凸透镜光心之间的距离，f为第一凸透镜、第二凸透镜的焦距，α为第二凸透镜的轴线与第一凸透镜和第二凸透镜之间连线的夹角，α取值为45°≤α≤90°，当α取45°≤α≤90°中任意值带入上述公式时得到相匹配的X₂、Y₂。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求8-9中任一项所述的方法的步骤。

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